Задание 31 — «мысленный эксперимент». В условии словами описан опыт из четырёх стадий: вещество растворили, нагрели, через раствор пропустили газ, осадок прокалили. Нужно записать четыре молекулярных уравнения. Каждое стоит 1 балл, всего 4 балла — столько же, сколько задача 34. На ЕГЭ-2025 средний процент выполнения был 38. Выпускники с 81–100 баллами выполнили задание на 89 %, с 61–80 баллами — на 50 %, а группа с 36–60 баллами — всего на 15 %. Разница в одном: знает ли выпускник свойства веществ системно или помнит отдельные реакции.
Это четвёртая статья серии разборов ЕГЭ-2027 по химии (карта серии — в статье «ЕГЭ по химии — 2027: карта всех 34 заданий»). В ней — формат и критерии задания 31, как читать описание эксперимента, условия, от которых зависят продукты, опорные реакции по элементам, разложение солей и электролиз, порядок решения, разбор демоверсии 2027 года, типичные ошибки и шесть цепочек с решениями. Многие окислительно-восстановительные реакции задания 31 разобраны в статьях о задании 29 и о перманганате и хроме в разных средах.
- Как выглядит задание 31
- Как его проверяют
- Как читать описание эксперимента
- Условия, от которых зависят продукты
- Опорные реакции по элементам
- Разложение при нагревании и электролиз
- Порядок решения
- Разбор демоверсии 2027 года
- Типичные ошибки
- Цепочки с решениями
Как выглядит задание 31
Условие — связный текст. Ни одно промежуточное вещество в нём не названо формулой: продукт предыдущей стадии обозначают словами «выпавший осадок», «выделившийся газ», «полученная соль», «простое вещество». Каждая операция с новым реагентом или нагреванием — одна реакция, всего их четыре. В демоверсии 2027 года (то же задание, что в 2026 году) условие такое:
Алюминат калия растворили в необходимом количестве серной кислоты. К полученному при этом раствору добавили раствор сульфита натрия. Выделившийся газ разделили на две части, одну из которых поглотили раствором дихромата натрия, подкисленным серной кислотой, а другую — бромной водой. Напишите молекулярные уравнения четырёх описанных реакций.
Проверяемые элементы содержания — свойства металлов (натрий, калий, кальций, магний, алюминий, цинк, хром, железо, медь), неметаллов (галогены, сера, азот, фосфор, углерод, кремний) и их соединений и генетическая связь неорганических веществ. Это материал заданий 6–9 первой части. Если они решаются уверенно, задание 31 — их продолжение.
Как его проверяют
За каждое верное уравнение — 1 балл. По указаниям ФИПИ уравнение считается записанным верно, если правильно записаны формулы всех веществ, присутствуют все коэффициенты и продукты соответствуют условиям проведения реакции. Ионные уравнения и электронный баланс не нужны.
Из методических материалов ФИПИ для экспертов (2026) следуют ещё три правила:
- кратные коэффициенты ошибкой не считаются;
- уравнение, которое отличается от образца, но химически верно и соответствует описанию, засчитывается;
- если в одном уравнении допущена ошибка, а следующее верно отражает суть процесса с ошибочно полученным веществом, снимается балл только за первое уравнение.
Что из этого следует. Даже если одна стадия не получается, остальные стоит записать: ошибка в начале цепочки не обнуляет всё задание. Но «продукты соответствуют условиям» — строгое требование: концентрированная и разбавленная кислота, нагревание, избыток реагента, раствор или сплавление дают разные продукты.
Как читать описание эксперимента
Описание обычно построено цепочкой: каждое следующее предложение начинается с продукта предыдущей стадии. Поэтому сначала нужно понять, какое вещество имеется в виду, и только потом — с чем оно реагирует.
| Слова в условии | Что они означают |
|---|---|
| «Выпавший осадок отделили» | Дальше реагирует нерастворимый продукт, а растворённые продукты больше не участвуют |
| «К фильтрату (оставшемуся раствору) добавили» | Реагируют растворённые продукты; если их несколько, реагирует тот, для которого реакция возможна |
| «Выделившийся газ», «газ, выделившийся на аноде» | Газообразный продукт; при электролизе — продукт на указанном электроде |
| «Твёрдый остаток» | То, что осталось после прокаливания, когда газы ушли |
| «Соль выделили (и высушили)» | Соль переводят в твёрдое состояние, чтобы прокалить, сплавить или обработать концентрированной кислотой |
| «Простое вещество», «окрашенное простое вещество» | Металл, сера, иод, бром или газ — простое вещество (O2, N2, Cl2, H2) |
| «Разделили на две части» | Одно и то же вещество вступает в две разные реакции |
| «Взятый в избытке», «необходимое количество» | Подсказка о соотношении реагентов: от неё зависит продукт |
Вторая группа подсказок — наблюдаемые признаки: цвет осадка, раствора или газа и запах. Окраски соединений марганца и хрома собраны в статье «Перманганат, дихромат и хромат в разных средах», окраски осадков и запахи газов — в статье о задании 30. Для задания 31 к ним стоит добавить ещё несколько признаков.
| Признак | Вещество |
|---|---|
| Бурый газ | NO2 |
| Бесцветный газ, буреющий на воздухе | NO |
| Жёлто-зелёный газ | Cl2 |
| Газ, поддерживающий горение (тлеющая лучинка вспыхивает) | O2 |
| Газ, горящий с хлопком | H2 |
| Вещество красного цвета | Cu (или Cu2O) |
| Жёлтое твёрдое простое вещество | S |
| Тёмно-фиолетовые кристаллы, раствор бурого цвета | I2 |
| Голубой (синий) раствор | Соль меди(II) |
| Обесцвечивание бромной воды | Восстановитель: SO2, H2S, сульфит, иодид |
Условия, от которых зависят продукты
Одни и те же вещества при разных условиях дают разные продукты. В задании 31 условия всегда названы, и именно по ним проверяют уравнения.
Концентрация кислоты
Концентрированная азотная кислота восстанавливается до NO2, разбавленная с медью — до NO:
Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Концентрированная серная кислота окисляет медь при нагревании, разбавленная с медью не реагирует:
Cu + 2H2SO4(конц.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O
Железо, алюминий и хром концентрированными азотной и серной кислотами на холоду пассивируются: реакции нет.
Температура
Хлор со щёлочью на холоду даёт гипохлорит, при нагревании — хлорат:
Cl2 + 2KOH(на холоду) = KCl + KClO + H2O
3Cl2 + 6KOH(t°) = 5KCl + KClO3 + 3H2O
Соли аммония со щёлочью без нагревания образуют гидрат аммиака, при нагревании выделяют аммиак. Нагревание вообще часто означает разложение — об этом ниже.
Раствор или сплавление
Амфотерные гидроксиды и оксиды со щёлочью в растворе образуют гидроксокомплексы, при сплавлении — безводные соли (алюминаты, цинкаты):
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O (сплавление)
Избыток и недостаток
Соль алюминия с небольшим количеством щёлочи даёт осадок, с избытком щёлочи — раствор гидроксокомплекса. Углекислый газ с избытком щёлочи даёт карбонат, в избытке сам — гидрокарбонат:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl
AlCl3 + 4NaOH(изб.) = Na[Al(OH)4] + 3NaCl
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
CO2(изб.) + NaOH = NaHCO3
Среда
Для перманганата, дихромата и хромата среда определяет продукт марганца и хрома. Это подробно разобрано в статье «Перманганат, дихромат и хромат в разных средах».
Опорные реакции по элементам
Ниже — реакции, которые чаще всего встречаются в цепочках задания 31. Их стоит не заучивать списком, а понимать: почти каждая следует из класса вещества, степени окисления и активности. Раскройте нужный элемент.
Натрий, калий, магний, кальций
Натрий горит в кислороде с образованием пероксида, пероксид поглощает углекислый газ с выделением кислорода (так регенерируют воздух в подводных лодках):
2Na + O2 = Na2O2
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
Магний горит в азоте и даже в углекислом газе; нитрид гидролизуется водой:
3Mg + N2 = Mg3N2 (t°)
Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3
2Mg + CO2 = 2MgO + C (t°)
Карбид кальция с водой даёт ацетилен:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2
Алюминий и цинк
Алюминий растворяется в щелочах с выделением водорода, гидроксокомплекс разрушается углекислым газом и кислотами:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Na[Al(OH)4] + CO2 = Al(OH)3 + NaHCO3
Na[Al(OH)4] + 4HCl = NaCl + AlCl3 + 4H2O
Цинк ведёт себя так же; алюминий восстанавливает металлы из оксидов (алюминотермия):
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe (t°)
Подробнее — урок «Алюминий и цинк» и статья «Комплексные соединения в ЕГЭ».
Железо
С кислотами-неокислителями железо даёт соли железа(II), с хлором — хлорид железа(III):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 (t°)
Гидроксид железа(II) на воздухе окисляется и буреет; соли железа(III) окисляют иодиды:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
Железо вытесняет медь из её солей: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu. Урок — «Железо».
Медь
Оксид меди(II) восстанавливается водородом и аммиаком при нагревании, гидроксид меди(II) при нагревании разлагается:
CuO + H2 = Cu + H2O (t°)
3CuO + 2NH3 = 3Cu + N2 + 3H2O (t°)
Cu(OH)2 = CuO + H2O (t°)
Соли меди(II) окисляют иодиды — образуются иодид меди(I) и иод:
2CuSO4 + 4KI = 2CuI + I2 + 2K2SO4
Галогены
Хлор получают окислением соляной кислоты; более активный галоген вытесняет менее активный из солей:
MnO2 + 4HCl(конц.) = MnCl2 + Cl2 + 2H2O (t°)
Cl2 + 2KBr = 2KCl + Br2
Br2 + 2KI = 2KBr + I2
Хлороводород получают из твёрдого хлорида и концентрированной серной кислоты; хлорат калия при нагревании с катализатором выделяет кислород:
NaCl + H2SO4(конц.) = NaHSO4 + HCl (t°)
2KClO3 = 2KCl + 3O2 (t°, кат.)
Подробнее — статья «Важнейшие реакции галогенов».
Сера
Сероводород горит в избытке кислорода до сернистого газа; сернистый газ и сероводород дают серу; сера со щёлочью при нагревании диспропорционирует:
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O
3S + 6KOH = 2K2S + K2SO3 + 3H2O (t°)
Концентрированная азотная кислота окисляет серу и сульфиды до сульфатов:
S + 6HNO3(конц.) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
CuS + 8HNO3(конц.) = CuSO4 + 8NO2 + 4H2O
Подробнее — статья «Химия серы в ОВР».
Азот
Аммиак горит в кислороде до азота, а на катализаторе окисляется до оксида азота(II) (первая стадия производства азотной кислоты):
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (кат.)
Оксид азота(IV) с водой и кислородом даёт азотную кислоту, со щёлочью — две соли:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O
Аммиак получают из солей аммония и щёлочи при нагревании:
2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O (t°)
Фосфор, углерод, кремний
4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + 3H2O
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C = 3CaSiO3 + 2P + 5CO (t°)
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O (сплавление)
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2
CO2 + C = 2CO (t°)
Последнее уравнение — причина, по которой при горении угля в недостатке кислорода образуется угарный газ.
Разложение при нагревании и электролиз
Нитраты разлагаются по-разному в зависимости от активности металла:
- нитрит + O2KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2 (кроме лития)
- оксид металла + NO2 + O2Mg(NO3)2, Zn(NO3)2, Cu(NO3)2; а также LiNO3
- металл + NO2 + O2AgNO3, Hg(NO3)2
2KNO3 = 2KNO2 + O2 (t°)
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 (t°)
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2 (t°)
Два исключения. Нитрат лития разлагается как нитраты металлов средней активности (до оксида). Нитрат железа(II) даёт оксид железа(III): железо при этом окисляется.
4LiNO3 = 2Li2O + 4NO2 + O2 (t°)
4Fe(NO3)2 = 2Fe2O3 + 8NO2 + O2 (t°)
Соли аммония при нагревании разлагаются с выделением аммиака, а если анион — окислитель, идёт внутримолекулярная ОВР:
NH4Cl = NH3 + HCl (t°)
(NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O (t°)
NH4NO2 = N2 + 2H2O (t°)
NH4NO3 = N2O + 2H2O (t°)
Карбонаты и гидрокарбонаты. Карбонаты щелочных металлов не разлагаются, остальные дают оксид металла и углекислый газ; гидрокарбонаты разлагаются уже при слабом нагревании:
CaCO3 = CaO + CO2 (t°)
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O (t°)
Электролиз в задании 31 записывают одним суммарным уравнением. В растворе соли активного металла на катоде выделяется водород, соли малоактивного — металл; на аноде хлорид-ион даёт хлор, а сульфат- и нитрат-ионы не окисляются — выделяется кислород:
2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (электролиз)
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4 (электролиз)
2NaCl = 2Na + Cl2 (электролиз расплава)
Подробно — уроки «Термическое разложение солей» и «Электролиз растворов».
Порядок решения
Полезный приём — нарисовать цепочку на черновике стрелками и подписать над каждой стрелкой реагент и условия. Тогда видно, на какой стадии цепочка «разветвляется» (газ разделили на две части) и какой продукт уходит дальше, а какой остаётся.
Разбор демоверсии 2027 года
- Cr2(SO4)3раствор становится зелёным
- H2SO4 + HBrбромная вода обесцвечивается
Стадия 1. Алюминат калия — соль, которой соответствует амфотерный гидроксид алюминия. «Необходимое количество» серной кислоты — столько, чтобы полностью перевести алюминий в соль, без промежуточного осадка:
2KAlO2 + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O
Стадия 2. Сульфат алюминия с сульфитом натрия — совместный гидролиз: сульфита алюминия в растворе не существует, выпадает гидроксид алюминия и выделяется сернистый газ:
Al2(SO4)3 + 3Na2SO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3SO2 + 3Na2SO4
Стадия 3. Сернистый газ — восстановитель, дихромат в кислой среде — окислитель; хром переходит в сульфат хрома(III), сера — в сульфат:
3SO2 + Na2Cr2O7 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O
Стадия 4. Бромная вода обесцвечивается: бром окисляет сернистый газ до серной кислоты, сам переходит в бромоводород:
SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr
Обратите внимание на «газ разделили на две части»: две последние реакции идут не друг за другом, а параллельно, обе с сернистым газом.
Типичные ошибки
- Не учтено условие: разбавленная кислота вместо концентрированной, раствор вместо сплавления, нагревание пропущено. Продукты не соответствуют условиям — балл не ставится.
- Перепутано вещество, которое реагирует дальше: после «осадок отделили» в реакцию берут раствор или наоборот.
- Обменная реакция вместо ОВР: азотная кислота с сульфидом или сульфитом, соль железа(III) с иодидом или сульфидом.
- Несуществующие вещества: сульфид и карбонат алюминия в растворе, иодид железа(III), «CuI2».
- Нитраты разлагаются «по одному правилу»: нитрат натрия до оксида или нитрат меди до нитрита.
- Нет коэффициентов или неверный коэффициент: такое уравнение не засчитывают, даже если продукты верны.
- Пропущена «встроенная» реакция: «газ, полученный при действии соляной кислоты на сульфид железа(II)» — это тоже одна из четырёх реакций.
Цепочки с решениями
Задания составлены в формате ЕГЭ-2027. В каждом нужно записать молекулярные уравнения четырёх описанных реакций. Решите сами, затем откройте решение.
Цепочка 1
Железо сожгли в хлоре. Полученное вещество растворили в воде и добавили раствор иодида калия; выделилось тёмное простое вещество. Его отделили, а к оставшемуся раствору добавили раствор гидроксида натрия. Выпавший осадок долго выдерживали на воздухе, и он побурел.
Решение
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 (t°)
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Железо с хлором даёт хлорид железа(III), а не (II): хлор — сильный окислитель. Иод — тёмное простое вещество; в растворе остаётся соль железа(II), гидроксид которой на воздухе окисляется и буреет.
Цепочка 2
Алюминий растворили в растворе гидроксида калия. Через полученный раствор пропустили избыток углекислого газа. Выпавший осадок отделили и прокалили. Твёрдый остаток сплавили с карбонатом калия.
Решение
2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2
K[Al(OH)4] + CO2 = Al(OH)3 + KHCO3
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O (t°)
Al2O3 + K2CO3 = 2KAlO2 + CO2 (сплавление)
Избыток углекислого газа даёт гидрокарбонат, а не карбонат. При сплавлении образуется безводный алюминат, а не гидроксокомплекс.
Цепочка 3
Сероводород сожгли в избытке кислорода. Полученный газ поглотили раствором гидроксида натрия, получив среднюю соль. Соль выделили, растворили в воде и добавили к раствору перманганат калия; выпал бурый осадок. Осадок отделили и нагрели с концентрированной соляной кислотой.
Решение
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 3Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH
MnO2 + 4HCl(конц.) = MnCl2 + Cl2 + 2H2O (t°)
В избытке кислорода сероводород сгорает до сернистого газа (в недостатке — до серы). Бурый осадок — MnO2: перманганат реагирует в нейтральной среде.
Цепочка 4
Хлорид аммония нагрели с гидроксидом кальция. Выделившийся газ пропустили над нагретым оксидом меди(II); образовались красное твёрдое вещество и газ, входящий в состав воздуха. Красное вещество растворили в разбавленной азотной кислоте. Полученную соль выделили и прокалили.
Решение
2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O (t°)
2NH3 + 3CuO = 3Cu + N2 + 3H2O (t°)
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 (t°)
Аммиак восстанавливает медь из оксида и сам окисляется до азота. Разбавленная азотная кислота с медью даёт NO. Нитрат меди — металла после магния и до меди включительно — разлагается до оксида.
Цепочка 5
Оксид хрома(III) сплавили с хлоратом калия и гидроксидом калия. Плав растворили в воде и подкислили серной кислотой; жёлтая окраска раствора сменилась оранжевой. Соль хрома выделили и обработали концентрированной соляной кислотой. Выделившийся газ пропустили через горячий раствор гидроксида калия.
Решение
Cr2O3 + KClO3 + 4KOH = 2K2CrO4 + KCl + 2H2O (сплавление)
2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
K2Cr2O7 + 14HCl(конц.) = 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O
3Cl2 + 6KOH(t°) = 5KCl + KClO3 + 3H2O
Вторая стадия — не ОВР: хромат при подкислении переходит в дихромат. Хлор с горячей щёлочью даёт хлорат, а не гипохлорит.
Цепочка 6
Раствор хлорида натрия подвергли электролизу. Газ, выделившийся на аноде, прореагировал при нагревании с медью. Полученную соль растворили в воде и добавили раствор сульфида натрия; выпал чёрный осадок. Осадок отделили и обработали концентрированной азотной кислотой; выделился бурый газ.
Решение
2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH (электролиз)
Cu + Cl2 = CuCl2 (t°)
CuCl2 + Na2S = CuS + 2NaCl
CuS + 8HNO3(конц.) = CuSO4 + 8NO2 + 4H2O
На аноде при электролизе раствора хлорида выделяется хлор. Сульфид меди не растворяется в соляной кислоте, но окисляется концентрированной азотной: сера −2 переходит в сульфат.
Где потренироваться. Уроки тренажёра ЕГЭ по химии «Как расшифровать описание в задании 31» и «Алгоритм задания 31», а также уроки по свойствам элементов: алюминий и цинк, железо, хром, сера, азот. 300 цепочек в формате ЕГЭ-2027 с ответами — в сборнике «Линия 31. Взаимосвязь неорганических веществ» в магазине пособий.
Обсуждение
Загружаем обсуждение…